P2架构插电式混合动力车型分析介绍

1 前言

目前，日系PHEV车型主要以混联式混动架构为代表，而欧系车型绝大部分使用并联式混动架构。本文主要介绍P2架构的PHEV车型的硬件结构和混动策略，以便读者更好的了解该架构PHEV的相关结构和原理。

表1 各耦合方式优缺点一览

2 硬件介绍

并联架构的混动系统根据电机在系统中的位置不同，可分为P0-P4共计5种架构（如图1所示），其中以P2和P3最为常见。

图1 并联架构系统示意图

P0：电机位于发动机副机组位置，通过皮带或链轮与曲轴相连；P1：电机位于曲轴末端，与曲轴刚性连接；P2：电机位于离合器和齿轮箱之间；P3：电机与变速箱从动轴相连；P4：电机位于轮边，或者单独驱动后桥（或前桥）。

图2是某典型P2架构的变速箱结构图。该变速箱采用了机电一体化设计，变速箱控制器、传感器和液压控制系统（包括电磁阀、油泵和蓄能器等）集成为一体，大大精简了变速箱的结构复杂度，也方便进行售后维修。电机采用同轴电机，通过合理的设计，在保证电机性能的同时，减小轴向尺寸，改善发动机舱零部件的横向布置。电机和发动机的结合或分离通过K0离合器进行，实现整车不同的驱动模式。

图2 某典型P2架构变速箱结构图

3 功能逻辑介绍

3.1 整车运行模式

PHEV由于能外接充电，整车运行模式以高压电池核电状态（下称SOC）为重要影响因素，参考外界环境和零部件的温度条件，整车控制器（下称VCU）决策整车运行模式。如图3某P2架构PHEV运行模式切换示意图：1）在高压电池电量充足和温度条件适宜的情况下，总是默认使用纯电模式；2）当电量不足或者温度较低时，默认使用混合动力模式。考虑温度因素主要是出于相关部件的保护需要，避免对部件造成损害。

图3 某P2架构PHEV运行模式选择

此外，该车型还具备其他的混动模式可供驾驶员选择。据试验测算，合理的采用不同的模式组合，可以使油耗下降15%甚至更高。通过导航的实时路况信息，VCU自行合理分配混动模式以期用户真实驾驶循环中，能实现油耗和能耗最低值是未来的发展趋势。

3.2 发动机启停需求控制和动力分配

由于PHEV上存在两套能独立工作或者同时工作的动力源，何时启动发动机进行动力分配是混动策略的核心控制内容。

决定发动机启停的因素有很多，根据电机和发动机的性能和效率特征，一般低速工况使用电机驱动，高速工况发动机驱动车辆。

决定发动机启停，以下两个为重要影响因素和基本策略：

（1）当前车辆能提供的最大电驱功率是否能满足驾驶员需求功率。最大电功率受高压电池SOC，电驱系统温度等相关因素的影响；驾驶员需求功率由车辆速度，电机/发动机转速和油门踏板开度决定。系统判定当前的最大电驱功率不能满足驾驶员的驾驶需求时，系统提出发动机启动需求并经过许可判定后，启动发动机。如图4所示。

图4 需求功率决定发动机启停

（2）高压电池SOC阈值：该阈值根据车速等因素进行标定，总体原则是低速工况尽量使用电机进行驱动。

上述发动机启动需求优先级高于停机需求，当两者矛盾时，系统判定须满足启动需求。

当发动机启动正常运行后，稳态工况的驱动由发动机完成，动态响应由电机先进行补偿或者进行能量回收。如果稳态工况下，发动机不处于经济油耗区域，则根据情况，电机充电（提供负扭矩）或者驱动（提供正扭矩）。P2架构的PHEV动力分配的基本原则就是一旦决定发动机启动工作，就让发动机工作在相对高效区域。标定时，通过仿真计算整个动力系统的效率，标定出整车油耗/能耗最低的动力分配策略。当然，在整车层面还需要考虑声学的影响因素，进行合理的匹配标定。